2014 Fiscal Year Annual Research Report
再生医療材料開発のための新規NMR解析システムの構築と絹人工血管開発への応用
Project/Area Number |
26248050
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Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
Principal Investigator |
朝倉 哲郎 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 名誉教授 (30139208)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中澤 靖元 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20456255)
田中 綾 東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 准教授 (70334480)
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Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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Keywords | 再生医療 / NMR / 絹人工血管 |
Outline of Annual Research Achievements |
1.1H固体NMR分子間構造解析法を用いて家蚕絹のβシート構造を決定することができ、論文として発表した。これまで半世紀もの間、生化学の教科書に必ず引用されてきたMarsh,Paulingらの提案した家蚕絹の分子間構造モデルが間違っていることを指摘し、新たな構造を提案する事が出来た。2.含水状態の重水素二次元ダイナミクス解析法を形状の異なる家蚕絹試料について適用、その結果をもとに、不連続な集団として出現する重水素ピークの帰属を行うことができた。また、本スペクトルが絹と相互作用した水のダイナミクスの状態の違いを極めて鋭敏に反映する事を示した。3.含水状態の家蚕絹試料について、結晶部を反映するセリン残基、非晶部を反映するチロシン残基の固体13CNMRスペクトル挙動を詳細に検討し、絹の含水状態は、結晶、非晶と言う領域の違いよりも、個別のアミノ酸残基の親水性や疎水性の違いに大きく左右されることを示し、論文として発表した。4.絹人工血管の試作・物性評価に関しては、編みと組みの各繊維会社による絹人工血管基盤作製と当研究室の周軸強度、圧縮強度、吻合保持強度、透水率の測定結果を元に、基盤の改良を加えた。さらに、絹コーテングを行った後、マウス、ラット、イヌを用いた移植実験を行い、基盤の改良にフィードバックを行った。特に、マウスの血管直径は、1mm以下と細いため、編みや組みによる基盤作製以外に、エレクトロスピニング(ES)技術を用いた絹人工血管作製が有力であり、その技術を用いた絹人工血管の作製と改良を行った。また、マウス移植実験は、極めて高度な移植技術が要求されるため、約200匹のマウスを用いた移植実験(編み基盤が、32頭、組み基盤が89頭、ES基盤が69頭)を繰り返し、染色評価まで行うことのできる移植試料が得られるようになった。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
現在までの業績は、論文22報(すべて査読付きで、うち18報が外国国際雑誌)、関連の学会での発表は、60件、図書は7件と、多くの成果を上げる事が出来た。日本語論文のうちの一報は、繊維学会誌に掲載された論文であるが、繊維学会から、昨年度の特に優れた内容の論文である との受賞理由で繊維学会論文賞を受賞した。 また、新たに開発した1H固体NMR分子間構造解析法を駆使して、Marshらが提案した家蚕絹繊維の分子間構造(従来、約半世紀にわたって生化学の教科書に必ずと言ってよいほど引用されてきた)は間違っている事を明らかにした点は特筆に値する。今後は、我々が提案した新しい構造を基礎に、絹の再生医療材料の応用に向けた研究が進むであろう。 これらの一連の業績も加味して、昨年度、繊維学会功績賞、高分子科学功績賞、NMR学会特別講演者(功績賞に相当)を受賞することができた。 一方、このようなNMRを用いた基礎研究と並行して、従来のイヌならびにラットを用いた移植実験に、小口径絹人工血管を評価するためのマウスを用いた移植実験を加えることができるようになった。今後、遺伝子改変マウス等を用いて、絹人工血管の血栓形成、再内皮化、炎症反応、吸収、リモデリング等に関与する因子を明らかにし、長期開存のための指針が得られると期待される。
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Strategy for Future Research Activity |
小口径絹人工血管の開発にむけて、小口径絹人工血管基盤に、多孔性で生分解性を高めた絹コーティングを行い、動物移植実験による評価を行う。小口径絹人工血管基盤に関しては、引き続き、繊維系の会社と山下先生のグループに改良を加えて作製いただく。農工大では、絹にグリセリン等の孔源を加えた後、除去することによって多孔性で生分解性を高めた絹コーティングを行う。 その際、含水状態の水の重水素二次元NMRダイナミクス解析法に加えて、不均一な絹コーティング部分の構造とダイナミクスについて、含水状態で固い部分や柔らかい部分を選択的に解析できる新たな固体NMR解析法を組み合わせて解明を進める。 一方、小口径絹人工血管の動物移植実験は、本学獣医学科の田中先生のグループにラットとイヌを用いて動物移植実験評価を、徳島大学 循環器内科の佐田先生のグループには、マウスでの動物移植実験評価を継続して行っていただく。NMR測定を加味した絹人工血管の試作と動物実験評価を繰り返して、本開発を進める。
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Research Products
(95 results)
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[Journal Article] Rapid endothelialization and thin luminal layers in vascular grafts using silk fibroin2016
Author(s)
Yamamoto, S., Okamoto, H., Haga, M., Shigematsu, K., Miyata, T., Watanabe, T., Ogawa, Y., Takagib, Y., Asakura, T.
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Journal Title
Journal of Materials Chemistry B
Volume: 4
Pages: 938-946
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Intermolecular Packing in B. mori Silk Fibroin: Multinuclear NMR Study of the Model Peptide (Ala-Gly)15 Defines a Heterogeneous Antiparallel Antipolar Mode of Assembly in the Silk II Form2015
Author(s)
Asakura, T., Ohata, T., Kametani S., Okushita, K., Yazawa, K., Nishiyama, Y., Nishimura, K., Aoki, A., Suzuki, F., Kaji, H., Anne S. Ulrich, and Mike P. Williamson
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Journal Title
Macromolecules
Volume: 48
Pages: 28-36
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Effect of fibroin sponge coating on in vivo performance of knitted silk small diameter vascular grafts2015
Author(s)
Fukayama, T., Ozai, Y., Shimokawadoko, H., Derya Aytemiz, Tanaka, R., Machida, N., Asakura, T.
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Journal Title
Organogenesis
Volume: 11
Pages: 137-151
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Structural Transition of Bombyx mori Liquid Silk Studied with Vibrational Circular Dichroism Spectroscopy2015
Author(s)
Morisaku, T., Arai, S., Konno, K., Suzuki, Y., Asakura, T., Yui, H.
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Journal Title
Analytical Sciences
Volume: 31
Pages: 763-768
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Structural Determination of the Tandem Repeat Motif in Samia cynthia ricini Liquid Silk by Solution NMR2015
Author(s)
Suzuki, Y., Kawanishi, S., Yamazaki, T., Aoki, A., Saito, H., Asakura, T.
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Journal Title
Macromolecules
Volume: 48
Pages: 6574-6579
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Difference in the Structures of Alanine Tri- and Tetra-Peptides with Antiparallel β-Sheet Assessed by X-Ray Diffraction, Solid-State NMR and Chemical Shift Calculations by GIPAW2014
Author(s)
Asakura, T., Yazawa, K., Horiguchi, K., Suzuki , F., Nishiyama, Y., Nishimura, K., Kaji, H.
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Journal Title
Biopolymers
Volume: 101
Pages: 13-20
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Characterization of silk sponge in wet state using 13C solid state NMR for development of porous silk vascular graft with small diameter2014
Author(s)
Asakura, T., Saotome, T., Derya Aytemiz, Shimokawatoko, H., Yagi, T., Fukayama, T., Ozai, Y., Tanaka, R.
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Journal Title
RSC Advances
Volume: 4
Pages: 4427-4434
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] NMR Study of the Structures of Repeated Sequences, GAGXGA(X=S,Y,V), in Bombyx mori Liquid Silk2014
Author(s)
Suzuki, Y., Yamazaki, T., Aoki, A., Shindo,H., Asakura, T.
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Journal Title
Biomacromolecules
Volume: 15
Pages: 104-112
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] In vitro and in vivo Evaluation of Hemocompatibility of Silk Fibroin Based Artificial Vascular Grafts2014
Author(s)
Derya Aytemiz, Suzuki, Y., Shindo, T., Saotome, T., Tanaka, R., Asakura, T.
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Journal Title
International Journal of Chemistry
Volume: 6
Pages: 1-4
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] NMR Analysis and Tacticity Determination of Poly(lactic acid) in C5D5N2014
Author(s)
Suganuma, K., Matsuda, H., H.N.Cheng, Iwai, M., Nonokawa, R., Asakura, T.
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Journal Title
Polymer Testing
Volume: 38
Pages: 35-39
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Effect of plasma-irradiated silk fibroin in bone regeneration2014
Author(s)
Uchida, R., Ujjal K. Bhawal, Kiba, H., Arai, K., Tanimoto, Y., Kuboyama, N., Asakura, T., Nishiyama, N.
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Journal Title
Journal of Bioscience and Bioengineering
Volume: 118
Pages: 333-340
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Recombinant silk fibroin incorporated celladhesive sequences produced by transgenic silkworm as a possible candidate for use in vascular graft2014
Author(s)
Asakura, T., Isozaki, M., Saotome, T., Tatematsu, K., Sezutsu, H., Kuwabara, N., Nakazawa, Y.
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Journal Title
Journal of Materials Chemistry B
Volume: 2
Pages: 7375-7383
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] Silk structure studied with solid state NMR2014
Author(s)
Keiko Okushita, Tetsuo Asakura
Organizer
International Silk Conference 2014
Place of Presentation
Fuxuan Hotel(Shanghai, China) and Howard Johnson All Suites Suzhou Hotel(Suzhou, China)
Year and Date
2014-10-10 – 2014-10-10
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] 高分子の固体NMR構造解析2014
Author(s)
朝倉哲郎
Organizer
日立製作所 日立研究所 有機材料研究会
Place of Presentation
日立製作所 日立研究所(茨城県日立市)
Year and Date
2014-07-31 – 2014-07-31
Invited
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[Presentation] 含水状態のポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)の13C固体NMRおよび水のNMRダイナミクス研究2014
Author(s)
渡部英司, 佐藤浩子, 関根素馨, 鞍野佳孝, 平野明広, 右手浩一, ボウティス グレゴリー S., 大窪貴洋, 朝倉哲郎, 奥下慶子, 小川達也, 青木昭宏
Organizer
第63回高分子学会年次大会
Place of Presentation
名古屋国際会議場(愛知県名古屋市)
Year and Date
2014-05-29 – 2014-05-29
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[Presentation] 小口径絹人工血管の基盤およびコーティング法の改良と動物移植実験評価2014
Author(s)
田上彩香, 畠山結衣, 小川陽子, 高木義秀, 深山俊治, 小材祐介, 田中綾, 山本諭, 芳賀真, 岡本宏之, 中澤靖元, 朝倉哲郎
Organizer
第63回高分子学会年次大会
Place of Presentation
名古屋国際会議場(愛知県名古屋市)
Year and Date
2014-05-29 – 2014-05-29
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